Frage von Bleiersatz, 22

Wie berechne ich die Kraft, die auf einen Körper wirkt, der in der Strömung liegt. Aber nicht in Luft oder in einem Rohr sondern in einem Fluss?

Ich spanne ein Drahtseil über einen 60m breiten Fluss. Daran hänge ich mit einem Seil einen Schwimmkörper, der 10 cm tief ins Wasser ragt und etwa 4 m breit ist. Durch die Strömung im Fluss (2,5 m/s) entsteht auf der Fläche des Schwimmkörpers ein Druck bzw. an dem Punkt, an dem der Körper befestigt ist eine Kraft. Wie hoch ist diese Kraft?

Ich finde zig Lösungen, wie ich das in Luft berechnen kann aber keine in Wasser. Und wenn in Wasser, dann nur mit Kugeln. Aber ich hab keine Kugel. Ich hab eher eine Wand also genauer ein Quader mit 2*4 Metern, der 10 cm tief ins Wasser eintaucht.

Es geht auch nicht daruf eine exakte Kraft zu berechnen aber eine Hausnummer wär gut.

Seilspannung braucht nicht berücksichtigt werden. Kann auch an einer Brücke befestigt werden.

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 13

1. Bestimmung der Reynoldszahl:
Re = (v * d) / ν = 2,5 m/s * 4 m / 10^-6 m^2/s = 10 * 10^6
Damit liegt eine turbulente Strömung vor, da Re deutlich über der kritischen Reynoldszahl von etwa 1200 liegt.

2. Für eine turbulente Strömung berechnet sich der Widerstand zu:

F = 1/2 * cw * A * rho * v^2
cw Quader (Prisma) längs angetsrömt ca. 0,8
A = 0,2 m^2
rho = 1000 kg/ m^3
v = 2,5 m/s

F = 1/2 * 0,8 * 0,2 m^2 * 1000 kg/m^3 * 6,25 m^2/s^2 = 500 (m^2 *kg * m^2) / (m^3 * s^2) = 500 kg * m / s^2 = 500 N

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 11

Entweder ist noch eine Angabe zur Form des Körpers notwendig oder es fehlen Angaben zur Seilspannung und zum Seildurchhang.

Kommentar von Bleiersatz ,

Seilspannung braucht nicht berücksichtigt werden, kann auch an einer Brücke befestigt werden.

Der Körper ist ein Quader mit (LxBxH) 4x2x1 m, der 10 cm tief ins Wasser eintaucht.

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